KR100937670B1 - Method of manufacturing a CMO image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 청색 포토다이오드의 소자 격리막 인접 부분에서 발생하는 암전류를 특성을 개선함과 동시에 블록킹 임플런트와 같은 추가공정을 단순화하도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로서, 반도체 기판상에 제 1 에피택셜층을 형성하고 상기 제 1 에피택셜층에 적색 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제 1 에피택셜층상에 제 2 에피택셜층을 형성하고 상기 제 2 에피택셜층에 녹색 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제 2 에피택셜층상에 제 3 에피택셜층 및 제 4 에피택셜층을 차례로 형성하고, 상기 제 3 에피택셜층에 청색 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 청색 포토다이오드에 대응된 제 4 에피택셜층을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 4 에피택셜층에 소자간 분리를 위해 소자 격리막을 형성하는 단계; 상기 제 4 에피택셜층상에 각종 신호를 이송하고 처리하는 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for fabricating a CMOS image sensor that improves the characteristics of dark current generated near a device isolation layer of a blue photodiode and simplifies additional processes such as blocking implants. Forming an epitaxial layer and forming a red photodiode on the first epitaxial layer; Forming a second epitaxial layer on the first epitaxial layer and forming a green photodiode on the second epitaxial layer; Sequentially forming a third epitaxial layer and a fourth epitaxial layer on the second epitaxial layer, and forming a blue photodiode on the third epitaxial layer; Selectively removing a fourth epitaxial layer corresponding to the blue photodiode to form a trench; Forming an isolation layer in the fourth epitaxial layer for isolation between the devices; And forming a transistor for transferring and processing various signals on the fourth epitaxial layer.
씨모스 이미지 센서, 포토다이오드, 청색, 트렌치 CMOS image sensor, photodiode, blue, trench
Description
본 발명은 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 청색 포토다이오드(photodiode)의 암전류(dark leakage) 특성을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an image sensor, and more particularly, to a method of manufacturing a CMOS image sensor to improve dark leakage characteristics of a blue photodiode.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 MOS(metal oxide silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 씨모스(CMOS) 기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 씨모스(CMOS) 이미지 센서가 있다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. A double coupled device (CCD) in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while individual metal oxide silicon (MOS) capacitors are located in close proximity to each other. Using CMOS technology that uses charge coupled device, control circuit, and signal processing circuit to peripheral circuit, it makes MOS transistor as many as the number of pixels and uses it to output sequentially. There is a CMOS image sensor employing a switching method for detecting.
일반적인 CMOS 이미지 센서는 픽셀 어레이(pixel array) 상부에 칼라필터층을 형성하여 특정 파장을 선택적으로 포토다이오드에 전달함으로써 이미지를 재현하는 방법을 채택하고 있다.The general CMOS image sensor adopts a method of reproducing an image by forming a color filter layer on a pixel array and selectively transmitting specific wavelengths to a photodiode.
그러나, 이 상술한 방법은 이미지를 재현함에 있어서 하나의 색상을 구현하는데 픽셀의 면적을 많이 차지하는 단점이 있다. 예를 들어, 자연광을 빛의 3원색으로 분해하는 RGB형 칼라필터의 경우 적색, 녹색, 청색을 검출하기 위하여 3개의 픽셀이 요구된다.However, the above-described method has a disadvantage in that it takes up a large area of a pixel to implement one color in reproducing an image. For example, in the case of an RGB color filter that decomposes natural light into three primary colors of light, three pixels are required to detect red, green, and blue colors.
최근에는 픽셀 영역 상에 칼라필터층이 배열된 수평형 칼라필터 구조와 달리 하나의 화소에서 다양한 색상을 구현할 수 있는 수직형 포토 다이오드를 갖는 수직형 이미지 센서가 제안되었다. 수직형 이미지 센서의 수직형 포토다이오드는 콘택 플러그와 연결되어 있다.Recently, unlike a horizontal color filter structure in which a color filter layer is arranged on a pixel area, a vertical image sensor having a vertical photo diode capable of realizing various colors in one pixel has been proposed. The vertical photodiode of the vertical image sensor is connected with a contact plug.
도 1은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)상에 제 1 에피택셜층(7)을 형성하고, 상기 제 1 에피택셜층(7)에 적색(red) 포토다이오드(1)를 형성한다.As shown in FIG. 1, a first
이어서, 상기 적색 포토다이오드(1)가 형성된 제 1 에피택셜층(7)위에 제 2 에피택셜층(8)을 형성하고, 상기 제 2 에피택셜층(8)에 녹색(green) 포토다이오드(2)를 형성한다. Subsequently, a second
그리고 상기 제 2 에피택셜층(8)위에 제 3 에피택셜층(9)을 형성하고, 상기 제 3 에피택셜층(9)에 청색(blue) 포토다이오드(3)를 형성한다.A third epitaxial layer 9 is formed on the second
이후 적색 포토다이오드(1)와 녹색 포토다이오드(2)에서 발생된 신호를 실리콘 표면 근처까지 전달하기 위해 제 1 플러그(4)와 제 2 플러그(5)를 각각 이온주입 공정을 통해 형성한다.Thereafter, the
이어서, 소자간 분리를 위해 상기 제 3 에피택셜층(9)을 선택적으로 제거하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치 내부에 절연물질을 매립하여 소자 격리막(6)을 형성한 후 각종 신호를 이송하고 처리할 수 있는 트랜지스터(도시되지 않음)를 형성한다. Subsequently, the third epitaxial layer 9 is selectively removed to form an isolation device, and a trench having a predetermined depth is formed from the surface, and an
여기서, 상기 제 1 에피택셜층(7)은 3㎛의 두께를 가지며, 상기 제 2 에피택셜층(8)은 2.1㎛의 두께를 갖고, 상기 제 3 에피택셜층(9)는 1.25㎛의 두께를 갖는다.Here, the first
상기와 같이 제조된 종래의 씨모스 이미지 센서의 경우, 암 전류(dark leakage) 특성이 가장 취약한 것이 청색 포토다이오드(3)이다. In the conventional CMOS image sensor manufactured as described above, the
상기 청색 포토다이오드(3)는 실리콘 표면의 가장 가까이 존재하기 때문에 포토다이오드 및 이와 연관된 임플런트(implant)시의 실리콘 표면에서 데미지(damage)가 발생할 뿐만 아니라 소자 격리막(6)과도 인접하여 소자 격리막(6)을 통한 암전류 경로가 형성되기도 한다. Since the
따라서 이를 방지하기 위해 현재는 블록킹 임플런트를 추가하여 진행하고 있다. 즉 종래 기술에서는 청색 포토다이오드의 암전류 특성을 향상시키는데 한계가 있다.Therefore, to prevent this, we are currently adding blocking implants. That is, in the prior art, there is a limit to improving the dark current characteristics of the blue photodiode.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 청색 포토다이오드의 소자 격리막 인접 부분에서 발생하는 암전류를 특성을 개선함과 동 시에 블록킹 임플런트와 같은 추가공정을 단순화하도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above CMOS image to improve the characteristics of the dark current generated in the adjacent portion of the device isolation layer of the blue photodiode and at the same time simplify the additional process such as blocking implant Its purpose is to provide a method of manufacturing a sensor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 반도체 기판상에 제 1 에피택셜층을 형성하고 상기 제 1 에피택셜층에 적색 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제 1 에피택셜층상에 제 2 에피택셜층을 형성하고 상기 제 2 에피택셜층에 녹색 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 제 2 에피택셜층상에 제 3 에피택셜층 및 제 4 에피택셜층을 차례로 형성하고, 상기 제 3 에피택셜층에 청색 포토다이오드를 형성하는 단계; 상기 청색 포토다이오드에 대응된 제 4 에피택셜층을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 4 에피택셜층에 소자간 분리를 위해 소자 격리막을 형성하는 단계; 상기 제 4 에피택셜층상에 각종 신호를 이송하고 처리하는 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.Method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a first epitaxial layer on a semiconductor substrate and a red photodiode on the first epitaxial layer; Forming a second epitaxial layer on the first epitaxial layer and forming a green photodiode on the second epitaxial layer; Sequentially forming a third epitaxial layer and a fourth epitaxial layer on the second epitaxial layer, and forming a blue photodiode on the third epitaxial layer; Selectively removing a fourth epitaxial layer corresponding to the blue photodiode to form a trench; Forming an isolation layer in the fourth epitaxial layer for isolation between the devices; And forming a transistor for transferring and processing various signals on the fourth epitaxial layer.
본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The manufacturing method of the CMOS image sensor according to the present invention has the following effects.
첫째, 실리콘 표면에 가장 근접해 있는 청색 포토다이오드의 암전류 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 청색 포토다이오드와 인접한 소자 격리막 사이에서 발생하는 암전류를 개선하고자 청색 포토다이오드가 형성될 에피택셜층의 두께를 기존에 비해 높게 형성시키고, 청색 포토다이오드 형성을 위한 임플런트를 소자 격리막 보다 낮게 진행하여 청색 포토다이오드와 소자 격리막 주위에서 발생되는 암전류를 감소시킬 수 있다. First, it is possible to improve the dark current characteristics of the blue photodiode closest to the silicon surface. That is, to improve the dark current generated between the blue photodiode and the adjacent device isolation layer, the thickness of the epitaxial layer on which the blue photodiode is to be formed is made higher than before, and the implant for forming the blue photodiode is lower than the device isolation layer. Thus, the dark current generated around the blue photodiode and the device isolation layer can be reduced.
둘째, 기존에 비해 에피택셜층이 두껍게 진행이 되어 임플런트에 의해 발생한 실리콘 표면의 데미지가 청색 포토다이오드에 덜 영향을 미치며, 후속 건식 식각을 통해 데미지를 입은 실리콘 표면을 제거함으로 기존의 공정보다 좀더 나은 암전류 특성을 얻을 수 있다.Second, the epitaxial layer is thicker than the conventional method, and the damage of the silicon surface caused by the implant has less effect on the blue photodiode. Better dark current characteristics can be obtained.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the configuration and operation of the embodiment of the present invention, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described by at least one embodiment, By the technical spirit of the present invention described above and its core configuration and operation is not limited.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 제 1 에피택셜층(107)을 형성하고, 전면에 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후 노광 및 현상공정으로 패터닝하여 적색 포토다이오드가 형성될 영역을 정의한다.As shown in FIG. 2A, a red photodiode is formed by forming a first
이어서, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 이온주입하여 상기 제 1 에피택셜층(107)에 적색 포토다이오드(110)를 형성한다.Subsequently, the
이어서, 상기 제 1 에피택셜층(107)에 적색 포토다이오드(110)를 형성한 후, 상기 제 1 에피택셜층(107)상에 제 2 에피택셜층(108)을 형성한다.Subsequently, after the
그리고 상기 제 2 에피택셜층(107)위에 포토레지스트를 도포한 후, 노광 및 현상공정을 통해 패터닝하여 녹색 포토다이오드가 형성될 영역을 정의하고, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상기 제 2 에피택셜층(108)에 녹색 포토다이오드(120)를 형성한다. After the photoresist is applied on the second
이어서, 상기 제 2 에피택셜층(108)위에 다른 포토레지스트를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 상기 적색 포토다이오드(110)의 일부를 노출하는 개구를 갖도록 패터닝하고, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이온 주입 공정을 통해 이온을 주입하여 적색 포토다이오드(110)와 전기적으로 연결되는 제 1 플러그(125)를 형성한다.Subsequently, another photoresist is applied on the second
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 플러그(125)가 형성된 제 2 에피택셜층(108)위에 제 3 에피택셜층(109)을 1.5~2㎛의 두께로 형성하고, 상기 제 3 에피택셜층(109)위에 제 4 에피택셜층(111)을 형성한다.As shown in FIG. 2B, a third
이어서, 상기 제 4 에피택셜층(111)위에 포토레지스트를 도포한 후, 노광 및 현상공정을 통해 패터닝하여 청색 포토다이오드가 형성될 영역을 정의하고, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상기 제 3 에피택셜층(109)에 청색 포토다이오드(130)를 형성한다.Subsequently, after the photoresist is applied on the fourth epitaxial layer 111, patterning is performed through an exposure and development process to define a region where a blue photodiode is to be formed, and the patterned photoresist is used as a mask. The
도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 제 4 에피택셜층(111)의 형성으로 인해 두께가 증가된 제 4 에피택셜층(111)에 따른 청색 포토다이오드(130)로 들어오는 광량의 감소를 줄이기 위해 상기 청색 포토다이오드(130)의 상부분의 제 4 에피택셜층(111)을 일정 두께(0.3~0.7㎛)로 건식 식각하여 트렌치(112)를 형성한다. As shown in FIG. 2C, in order to reduce a decrease in the amount of light entering the
이 때 상기 제 4 에피택셜층(111)의 식각은 시간에 따른 실리콘 식각비를 고려하여 시간 제어(time control)로 진행한다. At this time, the etching of the fourth epitaxial layer 111 proceeds to time control in consideration of the silicon etching ratio with time.
도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 제 4 에피택셜층(111)위에 포토레지스트를 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 상기 녹색 포토다이오드(120)의 일부를 노출하는 개구를 갖도록 패터닝하고, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이온 주입 공정을 통해 이온을 주입하여 녹색 포토다이오드(120)와 전기적으로 연결되는 제 2 플러그(135)를 형성한다.As shown in FIG. 2D, the photoresist is applied on the fourth epitaxial layer 111, and then patterned to have an opening exposing a part of the green photodiode 120 by an exposure and development process. The
이어서, 소자간 분리를 위해 상기 제 4 에피택셜층(111)을 선택적으로 제거하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치 내부에 절연물질을 매립하여 소자 격리막(113)을 형성한 후 각종 신호를 이송하고 처리할 수 있는 트랜지스터(도시되지 않음)를 형성한다. Subsequently, the fourth epitaxial layer 111 is selectively removed to form a device-to-device isolation to form a trench having a predetermined depth from the surface, and an
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하 는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. While the preferred embodiments of the present invention have been described so far, those skilled in the art may implement the present invention in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments of the present invention described herein are to be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation, and the scope of the present invention is shown in the appended claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope are equivalent to the present invention. Should be interpreted as being included in.
도 1은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
110 : 적색 포토다이오드 120 : 녹색 포토다이오드110: red photodiode 120: green photodiode
130 : 청색 포토다이오드130: blue photodiode
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Citations (3)
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KR20020030959A (en) * | 2000-10-19 | 2002-04-26 | 박종섭 | Image sensor having trench in photodiode area and method for forming the same |
KR100606918B1 (en) | 2004-12-30 | 2006-08-01 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | hot pixel in vertical CMOS image sensor and method for manufacturing the same |
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-
2007
- 2007-12-28 KR KR1020070139763A patent/KR100937670B1/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
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